Стабилизаторы напряжения с высоким КПД, для устройства с питанием от батарей, Может кто посоветует варианты? Опции

[dubb]

Доброго времени суток!

У меня стоит задача обеспечить питанием небольшое устройство. Источник питания - Li-Ion аккумулятор 3.7В
МК и прочим микрухам требуются три напряжения питания: 1.8В (до 15мА), 2.8В (до 20мА), 3.3В (до 50мА).
Нужны микросхемы-стабилизаторы DC-DC

Может быть кто-то сталкивался с похожей задачей?

Да, и критерии которые важны при выборе:

1) КПД, т.е. предпочтение импульсным преобразователям
2) цена, 200руб/чип - не наш путь
3) минимум рассыпухи вокруг, и общая миниатюрность

Понимаю, что хочу многого, но буду искать компромисс...

ЗЫ На 1.9 В есть MAX1730EUB почти не требует обвязки, гарантирует ток до 50мА , но цена около 160руб/шт огорчает...

[Kolia]

mc34063

[vlvl@ukr.net]

Тут наверное не все так просто как кажется на первый взгляд. МИН входного напряжения какой? Может оказаться что придется Сепик (Кук) LM2698MM делать. Далее ЛДО с 3,3-.2,8В->1,8В.

[yakub_EZ]

LTC3545 тройной step_down

[dubb]

Спасибо всем за ответы. Да, чип LTC3545 для моего случая наверно подойдет. Стоимость в районе 170 руб компенсируется тем, что на нем одном можно получить все три нужных напряжения. Да, кстати, хотел использовать для зарядки аккума микросхему от того же Linear Lechnology LTC4054.

[Прохожий]

Спасибо всем за ответы. Да, чип LTC3545 для моего случая наверно подойдет.

Не подойдет.

[Herz]

Не подойдет.

Намекнули бы на причину.

[Прохожий]

Намекнули бы на причину.

Аккумулятор 3.7 Вольта имеет право разрядиться хотя бы до 3-х Вольт?
Внутри только дауны, которые степ.
И как бедному крестьянину получить желаемые 3.3 Вольта 50 мА?
А если при этом еще и принять в расчет падение напряжения на проходном ключе, то и 2.8 Вольта сомнительны.
Мое мнение - транзисторный обратноход + линейные стабилизаторы с малым падением на 1.8 и 2.8 Вольта.

Сообщение отредактировал Прохожий - Apr 21 2011, 18:48

[Microwatt]

Еще SEPIC + линейные стабилизаторы. При таких токах о КПД, обычно , не говорят.
Можно, конечно, над этим поработать, но такой огород будет по площади и стоимости, что никакого КПД не захочется.

[Прохожий]

SEPIC...

...это зло неустойчивое.
Однозначно не для ТС.

[Microwatt]

...это зло неустойчивое.
Однозначно не для ТС.

Ну, отчего же зло? Нормальная топология, привлекает стандартными моточными....
Неустойчивое все при заполнении более 0.5. Да, тут так оно и будет, нужно же повышать...
Можно и простым повышающим отбояриться подняв 3 до 3.5-3.7 вольта, а далее - лесенкой LDO.
Тут уж и старушка МС34063 в помощь на предельной частоте с каким-нить SMD дроссельком. Может, на одной керамике все и получится, без электролитов.

[Herz]

Аккумулятор 3.7 Вольта имеет право разрядиться хотя бы до 3-х Вольт?

Вот совсем другое дело.
А до скольки вообще имеет право?

Ну, отчего же зло? Нормальная топология, привлекает стандартными моточными....
Неустойчивое все при заполнении более 0.5. Да, тут так оно и будет, нужно же повышать...
Можно и простым повышающим отбояриться подняв 3 до 3.5-3.7 вольта, а далее - лесенкой LDO.
Тут уж и старушка МС34063 в помощь на предельной частоте с каким-нить SMD дроссельком. Может, на одной керамике все и получится, без электролитов.

Ну зачем же LDO? Расточительство какое-то. LDO ведь не значит, что падать будет мало. Падать будет ровно столько, сколько надо. И КПД получится смешной. Я бы тогда уж вышеупомяную микросхему применил после повышателя. Всё получше. И не намного дороже.

[Microwatt]

Ну зачем же LDO? Расточительство какое-то. LDO ведь не значит, что падать будет мало. Падать будет ровно столько, сколько надо. И КПД получится смешной. Я бы тогда уж вышеупомяную микросхему применил после повышателя. Всё получше. И не намного дороже.

При токе в 15 мА эта микросхема еще сама себе возьмет 4-5. И индуктивные компоненты. Ждать КПД выше 65-70% не стоит.
Понижая с 3.3 до 2.8 LDO теоретически потеряет 18%, ну 20 пусть . И второй на 1.8 потеряет 45% В сумме - не так уж плохо.
При такой мощности 55-60% - неплохой результат.
Пусть ТС посчитает в столбик.
Аккумулятор, для сведения, изготовители до 2.7-2.8 вольта разряжают.. Т.е. повышалка для 3.3 нужна.
Пожалуй, самая простая для ТС топология - действительно флай. С SEPIC без навыков не справится. Буст - невыгодно по КПД. Слишком много потом на LDO гасить придется.

[yakub_EZ]

Аккумулятор, для сведения, изготовители до 2.7-2.8 вольта разряжают.

Согласен, step-down в таком случае не потянет. Значит запитываем его от конденсаторной "умножалки" adm660, а далее вышеупомянутая МС от LT.
ADM660 - обещает работать с 2,5 вольт, стоит менее двух долларов, распространена, есть в DIP, два варианта частоты.
Ещё есть другие, аналогичные, lm2660 как пример

[Прохожий]

Согласен, step-down в таком случае не потянет. Значит запитываем его от конденсаторной "умножалки" adm660, а далее вышеупомянутая МС от LT.
ADM660 - обещает работать с 2,5 вольт, стоит менее двух долларов, распространена, есть в DIP, два варианта частоты.
Ещё есть другие, аналогичные, lm2660 как пример

Максимальный ток ADM660 100мА.
Посчитаем максимальную мощность при минимальном входе.
Она составит 2,7*2 Вольта*0.1 Ампера=0.54 Ватта.
Теперь посчитаем то же самое для параметров ТС.
1.8*0.015+2.8*0.02+3.3*0.05=0.248 Вт.
Тогда КПД остального не должен быть меньше, чем 0.248/0.54=0.46.
В принципе, такое возможно.
Но все будет работать на пределе.
А это вовсе не гуд.

Сообщение отредактировал Прохожий - Apr 22 2011, 19:32

[yakub_EZ]

Максимальный ток ADM660 100мА.
Посчитаем максимальную мощность при минимальном входе.
Она составит 2,7*2 Вольта*0.1 Ампера=0.54 Ватта.
Теперь посчитаем то же самое для параметров ТС.
1.8*0.015+2.8*0.02+3.3*0.05=0.248 Вт.
Тогда КПД остального не должен быть меньше, чем 0.248/0.54=0.46.
В принципе, такое возможно.
Но все будет работать на пределе.
А это вовсе не гуд.

Даже если оттолкнуться от идеи поставить все три канала после ADM660 линейные стабилизаторы (Скажем, три штуки самых любимых 431, 317, 1117 - ХХ) то получим потребляемый нагрузкой ток 15+20+50 = 85 мА плюс ещё стабилизаторы заберут за "посреднечество" на каждый очень очень грубо по 5мА, как раз получится под завязку. Но и в этом варианте никто не мешает 1.8 вольт взять сразу напрямую с батареи или разбить нагрузку на два канала с ADM660.
Вполне реализуемо, хочу добавить, что систему питания с конденсаторным переключателем вообще не надо настраивать и расчитывать, припаял два конденсатора и вперед, а с преобразователем на индуктивных элементах придется вставить, рассчитать и проверить несколько больше элементов, да ещё и почесать затылок об оптимальном режиме

[Microwatt]

. Но и в этом варианте никто не мешает 1.8 вольт взять сразу напрямую с батареи или разбить нагрузку на два канала с ADM660.
.....хочу добавить, что систему питания с конденсаторным переключателем вообще не надо настраивать и расчитывать, припаял два конденсатора и вперед,

Вот первое - очень хорошо. Я так даже и не обратил с самого начала внимания, что 1.8 вольта можно прямо от батареи.
А вот второе... взаправду ни о чем думать не надо? Это была бы просто находка для эмбеддеров!
Но рис ТРС2. ТРС3 в даташите ADM660 все-таки на размышления наталкивают. Начинает казаться, что этот "удвоитель напряжения" его совсем не стабилизирует? И с заряженной батареи 4.2 вольта вполне может сделать вольт 7... Гасить все это дальше в тепло до 2.8 через LDO или как? Вроде же про КПД даже разговоры шли.

[yakub_EZ]

Гасить все это дальше в тепло до 2.8 через LDO или как? Вроде же про КПД даже разговоры шли.

Зато очень просто. Если стыдно за вклад в энтропию, то лучше конечно же сделать
Li(2.8в - 4.2в)- LDO - 1.8в
Li(2.8в - 4.2в) -ad660 (5.6в - 8.4в) - dc/dc - 3.3в
3.3в - LDO - 2.8в
По поводу adm660 - это не стабилизатор, напряжение на нем практически один к одному "переворачивается" или умножается. Разница где то во втором или третьем знаке на экранчике мультиметра. В этой МС наверняка применены ключи на MOSFET, иначе обещанного в даташите КПД не получить.
Один dc/dc осилить вполне реально, и сильно схему не увеличит

[Andr2I]

...это зло неустойчивое.
Однозначно не для ТС.

Не подскажите почему? У меня сейчас нормально работает SEPIC на LT1613. Входное напряжение от 4 до 6В, на выходе 5В. Ток около 50 мА. Чудес не наблюдаю. Я так понимаю, при 6В на входе, заполнение больше 0,5.

[Microwatt]

Зато очень просто.
Li(2.8в - 4.2в)- LDO - 1.8в
Li(2.8в - 4.2в) -ad660 (5.6в - 8.4в) - dc/dc - 3.3в
3.3в - LDO - 2.8в
По поводу adm660 - это не стабилизатор, напряжение на нем практически один к одному "переворачивается" или умножается. Разница где то во втором или третьем знаке на экранчике мультиметра. В этой МС наверняка применены ключи на MOSFET, иначе обещанного в даташите КПД не получить.
Один dc/dc осилить вполне реально, и сильно схему не увеличит

Да один dc/dc и сам 3.3 вольта осилит. К чему это промежуточное бессмысленное звено на зарядовой помпе ad660 ?

У меня сейчас нормально работает SEPIC на LT1613. Входное напряжение от 4 до 6В, на выходе 5В. Ток около 50 мА. Чудес не наблюдаю. Я так понимаю, при 6В на входе, заполнение больше 0,5.

А я полагаю, что при 6В на входе заполнение около 0.5. В остальных режимах - явно более 0.5. Если наоборот - это и есть чудо.

[Andr2I]

Ну, отчего же зло? Нормальная топология, привлекает стандартными моточными....
Неустойчивое все при заполнении более 0.5. Да, тут так оно и будет, нужно же повышать...

А я полагаю, что при 6В на входе заполнение около 0.5. В остальных режимах - явно более 0.5. Если наоборот - это и есть чудо.

Да, погорячился - конечно с понижением напряжения заполнение должно увеличиваться. Сбила с толку первая цитата.

[Microwatt]

Да, погорячился - конечно с понижением напряжения заполнение должно увеличиваться. Сбила с толку первая цитата.

Так вроде они, цитаты, непротиворечивы.
SEPIC при заполнении 0.5 имеет выход теоретически равный входу по напряжению. Если повышаем выходное относительно входного, то заполнение должно расти выше 0.5. С учетом потерь в ключах и диоде это нужно будет уже при равенстве входного и выходного напряжений и даже немного раньше.

[Andr2I]

Так вроде они, цитаты, непротиворечивы.
SEPIC при заполнении 0.5 имеет выход теоретически равный входу по напряжению. Если повышаем выходное относительно входного, то заполнение должно расти выше 0.5. С учетом потерь в ключах и диоде это нужно будет уже при равенстве входного и выходного напряжений и даже немного раньше.

Да нет, все правильно. Но у меня при входном 4В выход 5В. Диод шоттки. Заполнение явно больше 0,5. Все работает хорошо!

[yakub_EZ]

Да один dc/dc и сам 3.3 вольта осилит. К чему это промежуточное бессмысленное звено на зарядовой помпе ad660 ?

Под dc/dc имелся в виду step-down, а без удваивающей помпы, как уже упомянулось выше, напряжение на его входе может стать ниже выходного

[Artem_Petrik]

Аккумулятор 3.7 Вольта имеет право разрядиться хотя бы до 3-х Вольт?
Внутри только дауны, которые степ.
И как бедному крестьянину получить желаемые 3.3 Вольта 50 мА?

Аккумулятор, для сведения, изготовители до 2.7-2.8 вольта разряжают.. Т.е. повышалка для 3.3 нужна.

Вот, например, в моей нокии, если разрядить аккумулятор, а потом вынуть его из телефона и померять напругу, тестер покажет 3,3В. Из чего можно сделать вывод, что применен просто понижающий преобразователь. Это конечно приводит к не полному использованию заряда аккумулятора, но в NOKIA решили, что это приемлемый компромисс. Посмотрев на разрядную характеристику аккумулятора от GP (не помню уже конкретно какого), я увидел, что потеря емкости при таком подходе составляет порядка 15% (на графике разряда напряжение падает с 3,3 до 2,8 очень быстро). 
Конечно компромисс сомнительный, но если 3,3В можно понижать до 3,0 (многие микрухи позволяют), то смысла лепить понижающе-повышающий преобразователь пожалуй совсем не остается.

[yakub_EZ]

Вот, например, в моей нокии, если разрядить аккумулятор, а потом вынуть его из телефона и померять напругу, тестер покажет 3,3В. Из чего можно сделать вывод, что применен просто понижающий преобразователь. Это конечно приводит к не полному использованию заряда аккумулятора, но в NOKIA решили, что это приемлемый компромисс. Посмотрев на разрядную характеристику аккумулятора от GP (не помню уже конкретно какого), я увидел, что потеря емкости при таком подходе составляет порядка 15% (на графике разряда напряжение падает с 3,3 до 2,8 очень быстро). 
Конечно компромисс сомнительный, но если 3,3В можно понижать до 3,0 (многие микрухи позволяют), то смысла лепить понижающе-повышающий преобразователь пожалуй совсем не остается.

Зачем гадать. Пару минут серфинга и схема от нокии в ваших руках. Чтобы было интересно копаться, взял свою модель 6300.
Действительно, разработчики этого аппарата о sepic не задумывались. Все напряжения получены либо LDO, либо step-down (всего один одинешенек lm3671 на весь аппарат для получения из батарейного ~4 вольта 1.8 вольт), либо step-up (тоже, всего один так называемый Led-driver tps61061 получающий с батарейного ~4 вольта ~13 вольт).
Итого, в телефоне замечены следующие напряжения:
~4 (батарейное напрямую),
~13 (для подсветки),
5 (от usb, если подключен),
4.7 (непонятно откуда его берут для RF модуля, но генерируется они с МС RETU, у которой нет дросселя или каких либо признаков наличия в нем DC-DC, кроме того, в примечании к этим 4.7 вольтам сказано что они есть в только в режиме активного RF модуля),
3(для сим карты, может быть карта на 1.8),
2.8,
2.5,
1.8, (для питания ядра МК)
1.4,
1.35
Получается, что единственным, с кем разработчикам нокии не хочется связываться для получения 3 вольт из 2.8 это сим карта, и поэтому ниже этого напряжения не разряжают

Прикрепленные файлы

 6300_RM_217_RM_222_schematics.pdf ( 1.85 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 37

 

[Microwatt]

Под dc/dc имелся в виду step-down, а без удваивающей помпы, как уже упомянулось выше, напряжение на его входе может стать ниже выходного

Так нужно сразу оговаривать, что Вы под DC-DC понимаете только степдаун, других вариантов нет.
В общепринятой терминологии DC-DC делает что угодно из чего угодно на постоянном токе. И уж если его городить, то сразу на нужное напряжение. совершенно лишний узел- удвоитель.
Вообще, дискуссия по копеечной проблеме затянулась что-то... Чи не источник на 250мВт!

[dubb]

Конечно компромисс сомнительный, но если 3,3В можно понижать до 3,0 (многие микрухи позволяют), то смысла лепить понижающе-повышающий преобразователь пожалуй совсем не остается.

До 3.0 В понизить напряжение вполне можно.

А какой вариант можно использовать, в этом случае, т.е. с чтобы в норм. режиме стабилизировал до нужных 3.3 а с понижение входного напряжения, выход так же понижался? ...хотя в этом случае, наверно использовать SEPIC, думаю изучив даташиты и пару статей по теме - что-нибудь соображу, несмотря на отсутстие опыта в этой сфере

[ArseGun]

Аккумулятор 3.7 Вольта имеет право разрядиться хотя бы до 3-х Вольт?

Аккумулятор, для сведения, изготовители до 2.7-2.8 вольта разряжают.. Т.е. повышалка для 3.3 нужна.

Посмотрев на разрядную характеристику аккумулятора от GP (не помню уже конкретно какого), я увидел, что потеря емкости при таком подходе составляет порядка 15% (на графике разряда напряжение падает с 3,3 до 2,8 очень быстро). 

У LiIon Panasonic CGA103450A при разряде током 0,2С до уровня 3,6В остается менее 5% полной емкости, а при токе разряда 1С до 3,5В не более 10%. Посмотрел по другим батареям - примерно тоже самое (Т=20гр. С). Правда при отрицательной температуре разрядная характеристика более пологая. Поэтому, если батарея используется при Т>0 и тем более с небольшим разрядным током, доить ее ниже 3,5В нет резона. То есть для получения 3,3В достаточно одного Step Down'а. Тем более, что существуют м/с этой топологии (например, серия TPS6220x), которые при критическом падении разности между входным напряжением и выходным, просто на постоянку открывают внутренний ключ, обеспечивая беспрепятственный транзит входного напряжения на выход (LOW DROPOUT OPERATION 100% DUTY CYCLE). Это означает, что можно, при необходимости, разряжать батарею хоть до 3,3В, а то и ниже.
2.8В я бы сделал на LDO из 3,3В, а 1,8В - на выбор LDO или Step Down. Итого: 2-3кв. см. на печатной плате.

[Прохожий]

...хотя в этом случае, наверно использовать SEPIC, думаю изучив даташиты и пару статей по теме - что-нибудь соображу, несмотря на отсутстие опыта в этой сфере

Безумству храбрых поем мы песню...
Надеюсь, это устройство чисто для домашнего использования?

[Artem_Petrik]

До 3.0 В понизить напряжение вполне можно.

А какой вариант можно использовать, в этом случае, т.е. с чтобы в норм. режиме стабилизировал до нужных 3.3 а с понижение входного напряжения, выход так же понижался? 

Да вобщем-то любой. И импульсный понижающий и LDO будут вести себя подобным образом. Упомянутый уже здесь LTC3545 вполне подойдет. На мой взгляд лепить сюда SEPIC не имеет смысла.

[ArseGun]

На мой взгляд лепить сюда SEPIC не имеет смысла.

Поддерживаю.

[Andr2I]

Безумству храбрых поем мы песню...
Надеюсь, это устройство чисто для домашнего использования?

А что в этом такого страшного? Ну sepic с заполнением больше 0,5, ну и что?

[Microwatt]

А что в этом такого страшного? Ну sepic с заполнением больше 0,5, ну и что?

Так его ж делать придется. Значит разбираться с принципом работы, дроссель, закон Ома....Скукота.
А хочется чтобы три ноги запаял и - готово. Или я не угадал?

[dubb]

Так его ж делать придется. Значит разбираться с принципом работы, дроссель, закон Ома....Скукота.
А хочется чтобы три ноги запаял и - готово. Или я не угадал?

Да, это верно, хочется чтобы три ноги - и было счастье. Но если нужен закон Ома - то я найду себе в помощники какого-нибудь девятиклассника)))
Ну а если серьёзно, то т.к. разработка источника питания, не является основной задачей, то хочется на ней сэкономить, но не в ущерб качеству, поэтому если надо - буду разбираться.

Да вобщем-то любой. И импульсный понижающий и LDO будут вести себя подобным образом. Упомянутый уже здесь LTC3545 вполне подойдет. На мой взгляд лепить сюда SEPIC не имеет смысла.

Подскажите пожалуйста, как будет себя вести выход LTC3545, выдающий в нормальном режиме 3.3 вольта, при понижении входного напряжения до 3.3 и чуть ниже (до 3.0)? Хотя тут, разумнее сразу настроить на выходные 3.0 вольта...
Да и вопрос по конструктиву: какие индуктивности (дроссели) в 1.5мкГн ... 10мкГн Вы используете, имеется в виду производитель, форм-фактор, может какие-то лучше/дешевле/компактнее? Просто я с этим типом компонентов дело имею совсем нечасто...

[Artem_Petrik]

Подскажите пожалуйста, как будет себя вести выход LTC3545, выдающий в нормальном режиме 3.3 вольта, при понижении входного напряжения до 3.3 и чуть ниже (до 3.0)?

LTC-шка будет "делать все что в ее силах". Т.е. откроет верхний ключ навсегда, и, таким образом, напряжение на выходе будет равно напряжению на входе минус падение на сопротивленях канала транзистора и дросселя.

Хотя тут, разумнее сразу настроить на выходные 3.0 вольта...

Вопрос неоднозначный. С одной стороны, если 3 вольта допустимо, то лучше делать всегда 3.0 чтоб потребление снизить. С другой стороны, если 3 это нижний предел (т.е. -10% уже нельзя), то нужно делать выход все же с некоторым запасом. В любом случае нужно задавать напряжение большее, чем максимальный верхний порог супервизора питания или встроенного в контроллер brownout детектора.

Да и вопрос по конструктиву: какие индуктивности (дроссели) в 1.5мкГн ... 10мкГн Вы используете, имеется в виду производитель, форм-фактор, может какие-то лучше/дешевле/компактнее? Просто я с этим типом компонентов дело имею совсем нечасто...

Для начала подберите подходящий здесь а там уже все зависит от того, что купить удастся.